سنگ منگنز | کاربردها و ویژگی ها

درباره سنگ منگنز؛ ویژگی ها، خواص و کاربردها

سنگ منگنز| manganese-ore، یکی از مواد معدنی پرکاربرد و مهم تجاری است و بازار آن با تقاضای زیادی روبرو است. مهمترین سنگ معدن منگنز شامل اکسیدهای پیرولوزیت (pyrolusite)، رومانشیت (romanechite)، منگنیت (manganite) و هاسمانیت (hausmannite) و سنگ معدن کربنات رودوکروزیت (carbonate ore rhodochrosite) هستند. رودونیت (Rhodonite) و برونیت (braunite)، هر دو سنگ معدن سیلیکات، اغلب با اکسیدها یافت می شوند. این دو گزینه، تنها سنگ‌های معدنی هستند که بیش از ۳۵ درصد منگنز قابل بهره‌برداری تجاری دارند.

ناخالصی‌های سنگ معدن منگنز شامل اکسیدهای فلزات دیگر مانند آهن است که همراه با منگنز در هنگام ذوب، کاهش می یابد. عناصر غیرفلزی مانند فسفر، گوگرد و آرسنیک و همچنین برخی اکسیدهای فلزی مانند سیلیس، آلومینا، آهک و منیزیا، البته به استثنای سیلیس، عموماً پس از ذوب در سرباره باقی می مانند.

منگنز یک فلز نسبتاً فراوان است که به طور گسترده در سراسر پوسته زمین پخش شده است. علاوه بر منابع پوسته زمین، منگنز در مکان‌هایی وجود دارد که به طور گسترده در بستر دریا توسعه یافته‌اند. گریدهای بالاتر این سنگ معدنی حاوی ۱۰ تا ۲۰ درصد منگنز به همراه مقادیر قابل توجهی کبالت، مس و نیکل هستند.

نگاهی به تاریخچه سنگ منگنز

منگنز فلزی اولین بار در سال ۱۷۷۴ توسط یوهان گوتلیب گان (Johan Gottlieb Gahn)، کانی شناس سوئدی جداسازی شد. در این فرآیند، او توانست پیرولوزیت، یک سنگ معدنی دی اکسید منگنز را با کربن احیا کند و منگنز را استخراج نماید. در سال ۱۸۵۶، رابرت فورستر موشت (Robert Forester Mushet)، یک فولادساز بریتانیایی، از منگنز برای بهبود توانایی فولاد تولید شده توسط فرآیند بسمر برای مقاومت در برابر نورد و آهنگری در دماهای بالا استفاده کرد.

نوعی فولاد مقاوم در برابر سایش سخت، حاوی تقریباً ۱۲ درصد منگنز در شفیلد، انگلستان، توسط رابرت ابوت هادفیلد (Robert Abbott Hadfield) در سال ۱۸۸۲ ساخته شد. فرومنگنز برای اولین بار در سال ۱۸۷۵ در کوره بلند ذوب شد. تولید کوره‌های الکتریکی در سال ۱۸۹۰ آغاز شد. منگنز خالص تا سال ۱۹۴۱ به صورت تجاری در دسترس نبود، اما در اوایل قرن بیست و یکم، تولید منگنز در چندین کشور سراسر جهان گسترش یافت و استرالیا، آفریقای جنوبی، چین، گابن و برزیل بزرگترین تولیدکنندگان معرفی شدند.

روش‌های تولید سنگ منگنز

منگنز به طور قوی از سنگ معدن منگنز، استخراج و جداسازی می شود. استخراج سنگ منگنز معمولاً در چاله‌های روباز انجام می‌گیرد. برخی از سنگ‌ها شستشو داده می‌شوند و سنگ‌های ریزتر را می‌توان با ته نشینی، آگلومریزه یا جمع آوری کرد. چندین فرآیند برای استخراج منگنز از کف دریا توسعه داده شده است، اما این روش ها نمی‌توانند از نظر اقتصادی، با بهره‌برداری از ذخایر زمینی با عیار بالا رقابت کنند.

• استخراج و تصفیه سنگ معدن منگنز

منگنز خالص توسط فرآیندهای هیدرومتالورژی و الکترولیتی تولید می‌شود، در حالی که فرومنگنز و سیلیکومنگنز از ذوب سنگ معدن در کوره بلند، یا معمولاً در کوره الکتریکی تولید می‌گردد. فرآیند دوم که شامل کاهش اکسیدهای منگنز توسط کربن است، در واقع یک مسئله ترمودینامیکی پیچیده است.

اکسیدهای (_۲MnO، Mn_۲O_۳، و Mn_۳O_۴) همگی می‌توانند توسط مونوکسید کربن به اکسید منگنز (MnO) احیا شوند، اما این اکسید را می‌توان تنها در دماهای بالا توسط کربن، به فلز منگنز کاهش داد. عملیات ذوب با ورود اکسیدهای سایر فلزات مزاحم، کمی پیچیده‌تر می‌شود.

به عنوان مثال، سیلیس، یک ترکیب اسیدی، می‌تواند با MnO ترکیب شود و از کاهش آن جلوگیری کند؛ این مشکلی است که می‌تواند با استفاده از کانه‌های غنی از ترکیبات اساسی مانند آهک و منیزیم اصلاح شود. سنگ آهک، سرباره بیشتری تولید می‌کند که تمایل به حل کردن منگنز و کاهش مقدار فلز بازیافت شده در مواد مذاب دارد. علاوه بر این، بسته به دمای ذوب و اسیدیته یا بازی بودن سرباره، سیلیس را می‌توان به سیلیسیم کاهش داد و وارد فلز مذاب کرد.

متداول‌ترین شکل منگنز در سنگ معدنی، ساختارهای اکسید، سیلیکات و کربنات هستند. وقتی سنگ معدن استخراج می‌شود، طی فرآیندهای پیوسته، این ترکیبات جداسازی شده و فلز منگنز از آن به دست می‌آید.

خواص و کاربردهای سنگ منگنز

منگنز (Mn) یک فلز سفید نقره ای و سخت با نقطه ذوب ۱۲۴۴ درجه سانتیگراد (۲۲۷۱ درجه فارنهایت) است. این ماده که معمولاً بسیار شکننده است و ارزش ساختاری چندانی ندارد، یک عامل ضروری در فولادسازی است که در آن ناخالصی‌هایی مانند گوگرد و اکسیژن را حذف کرده و خواص فیزیکی مهمی را به فلز اضافه می‌کند. برای این اهداف، اغلب به عنوان آلیاژ فرومنگنز یا سیلیکومنگنز استفاده می‌شود. منگنز به عنوان یک فلز خالص، به آلیاژهای غیر آهنی خاصی اضافه می‌شود.

منگنز یک فلز آلوتروپیک است، یعنی ساختار کریستالی آن با دما تغییر می‌کند. در حالی که از حالت مذاب تا دمای ۱۱۳۸ درجه سانتیگراد (۲۰۸۰ درجه فارنهایت) خنک می شود، به یک ساختار مکعبی متمرکز، به حالت جامد در می‌آید. از این نقطه به پایین، یعنی تا ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد (۲۰۰۰ درجه فارنهایت)، از فازهای ساختاری متعددی عبور می کند. ساختارهای مکعبی پیچیده، بسیار سخت و شکننده هستند، در حالی که ساختارهای ساده‌تر، انعطاف پذیرتر است.

فلز منگنز به طور سطحی در هوا اکسید می‌شود، در هوای مرطوب زنگ می زند و در دماهای بالا در هوا یا اکسیژن می سوزد. این فلز در هنگام سرد شدن به آرامی و در هنگام گرم شدن، سریع تجزیه می‌شود و گاز هیدروژن و هیدروکسید منگنز را تشکیل می‌دهد؛ همچنین می تواند به راحتی در اسیدهای معدنی رقیق حل شود و هیدروژن و نمک های مختلف منگنز را تولید می کند. واکنش های شیمیایی این فلز باعث کاربرد گسترده آن در متالورژی و تولید ترکیبات شیمیایی مختلف شده است.

مشخصات فیزیکی و شیمیایی سنگ منگنز

خواص منگنز که از سنگ منگنز استخراج می شود موجب شده است تا در بسیاری از صنایع فلزی و تولیدی، مورد توجه قرار بگیرد. همان طور که قبلاً نیز عنوان کردیم، منگنز فلزی، دارای رنگ خاکستری مایل به سفید است و بسیار سخت و بسیار شکننده می‌باشد.

این فلز با قرار گرفتن در معرض هوا کدر می‌شود و با حرارت دادن به منگنز، اکسیده می‌شود. منگنز زمانی که به شکل خالص موجود باشد واکنش پذیرتر است؛ و به صورت پودر در اکسیژن با آب می‌سوزد و در اسیدهای رقیق حل می‌شود.

کاربردهای سنگ منگنز

موارد استفاده از منگنز فلزی (استخراج شده از سنگ منگنز) را با هم در این قسمت مرور می‌کنیم:

• منگنز برای تولید انواع آلیاژهای مهم و اکسید زدایی فولاد و گوگردزدایی استفاده می شود.
• همچنین این عنصر فلزی در تولید باتری های سلول خشک استفاده می شود.
• منگنز به عنوان رنگدانه سیاه – قهوه ای در تولید انواع رنگ استفاده می شود.
• منگنز یک عنصر کمیاب ضروری برای موجودات زنده است.
• عمدتاً برای رنگ‌زدایی شیشه و تهیه شیشه‌های بنفش رنگ از منگنز و یا اکسیدهای منگنز استفاده می‌شود.
• فولاد حاوی ۱% منگنز برای افزایش استحکام و بهبود کارایی آن، یک متریال عالی است.
• فولاد منگنزدار، دارای ۱۳ درصد منگنز است که بسیار قوی بوده و برای خطوط راه آهن، لوله تفنگ، گاوصندوق و میله‌های زندان استفاده می‌شود.
• قوطی‌های نوشیدنی از آلیاژ آلومینیوم ساخته شده‌اند که حاوی ۱.۵ درصد منگنز است و این ویژگی، مقاومت در برابر خوردگی را بهبود می‌بخشد.
• منگنز همچنین به عنوان یک کاتالیزور برای رنگ‌زدایی شیشه‌هایی که توسط ناخالصی‌های آهن به رنگ سبز درآمده‌اند، استفاده می‌شود.
• از سولفات منگنز برای تولید انواع قارچ کش ها استفاده می‌شود.
• تولید عامل خشک کننده در رنگ صنعتی
• کاربرد در ساخت الکترود جوشکاری
• کاربرد در صنعت تصفیه آب و فاضلاب
• کاربرد در تولید پرمنگنات؛ ترکیبی که در پزشکی و آنالیزهای کمی کاربرد دارد.
• کاربرد در تولید برخی کودها یا عناصر مغذی گیاهان و حیوانات

ایمنی سنگ منگنز

منگنز (Mn) یک فلز سخت و خاکستری است که اغلب در تولید فولاد استفاده می‌شود. کارگرانی که در معرض منگنز قرار دارند، از طریق تنفس بخارات یا گرد و غبار منگنز آسیب می‌بینند. قرار گرفتن در معرض مداوم این ماده می‌تواند به ریه‌ها، کبد و کلیه‌ها آسیب برساند.

همچنین قرار گرفتن زیاد در معرض گرد و غبار یا دود منگنز نیز می تواند منجر به یک بیماری عصبی به نام “منگنیسم” شود. علائم منگانیسم، مشابه علائم بیماری پارکینسون، ممکن است شامل مواردی از جمله لرزش، سفتی عضلات، آهسته حرکت کردن و افسردگی شدید، اضطراب و عصبانیت باشد.

کارگرانی که بیشتر در خطر قرار گرفتن در معرض منگنز هستند، اغلب آن‌هایی هستند که کارهای جوشکاری را انجام می‌دهند. جوشکاری در صنایع ساخت و ساز، تولید، حمل و نقل، معدن و کشاورزی و سایر مشاغل مانند لوله کشی یا آسیاب سازی انجام می‌شود. تعداد کمی از کارگران در صنایع متالورژی و سایر صنایع تولیدی نیز در معرض خطر این عنصر هستند.

ذخیره و نگهداری سنگ منگنز

شرایط ذخیره و نگهداری سنگ معدن چندان خاص و ویژه نیست. این سنگ معدن از معادن استخراج می‌شود و در یک مکان مناسب، روباز یا سربسته، انبار و ذخیره می‌شود. این سنگ معدن برای فرآوری به کارخانه فرستاده می‌شود و آنجا در انبارها دِپو می‌شود. درصد استخراج فلز منگنز از سنگ معدن، چیزی حدود ۹۰% است اما این عدد با تجهیزات پیشرفته تر می‌تواند کمی افزایش یابد.

بسته بندی سنگ منگنز

بسته بندی و آماده سازی سنگ منگنز بر اساس مکانی که عملیات استخراج یا فروش انجام می‌گیرد، تعریف می شود. این یک ماده خام است و برای حمل و نقل آن از کامیون‌ها و تریلرها استفاده می‌شود. بسته بندی ها عمدتاً فله‌ای یا در کیسه‌های ۱ تنی می‌باشد.

بازار و خرید و فروش و قیمت سنگ منگنز

ایران یکی از کشورهایی است که معادن منگنز قوی دارد. در حال حاضر، حدود ۲۴ تا ۲۶ معدن سنگ منگنز در ایران در حال فعالیت است و حجم زیادی از این ماده به کشورهای دیگر نیز صادر می‌شود. کشورهای خاورمیانه از مهم ترین مشتریان خرید سنگ منگنز ایران هستند. این معادن بسیار غنی بوده و کانی‌های متعددی را دارند.

استان قم و استان خراسان دو مرکز برای معادن منگنز ایران هستند. برخی از کانسارها ارزش تجاری سازی بیشتری دارند به شرطی که روش‌های فرآوری مدرن تر و تجهیزات به روزتری در اختیار باشد. چیزی بیشتر از ۱۰۰ هزار تن سنگ معدن از هر معدن استخراج می‌شود.

خرید سنگ منگنز و فروش سنگ منگنز بر اساس داده های آنالیز شیمیایی و نوع مصرف آن انجام می‌شود. قیمت سنگ منگنز نیز به ازای هر کیلوگرم محاسبه می شود. قیمت این مواد بر مبنای درصد خلوص آن و میزان ناخالصی‌های موجود تعیین می‌شود. برای موارد مصرف صنعتی، درصد خلوص منگنز در سنگ معدن باید بیشتر از ۸۵% باشد. این درصد را باید هنگام خرید از فروشنده درخواست کنید.

فروش سنگ منگنز عیار بالا و عیار پایین، در بازارهای جهانی به ارزش دلار قیمت‌گذاری می‌شود. کانی‌های سنگ معدن هر یک در موارد مختلفی به کار می‌روند و اگر به صورت کلوخه به فروش برسند، ممکن است دانه‌بندی یا مش هم برای آن تعیین شود.

مهم‌ترین مشتریان خرید سنگ منگنز، صنایع مرتبط با فروسیلیکو منگنز، سیلیکومنگنز، فرومنگنز، متالورژی و تولید انواع آلیاژها است. هر چه مصرف این ماده بیشتر باشد، تقاضا بالاتر است و قیمت نیز می تواند بیشتر شود. برای استعلام قیمت سنگ منگنز و ثبت سفارش خرید عمده یا درخواست برگه آنالیز شیمیایی می توانید به صفحه محصولات شیمیکو مراجعه فرمایید.

منابع:

https://www.mindat.org/element/Manganese

https://www.britannica.com/technology/manganese-processing/The-metal-and-its-alloys

https://byjus.com/chemistry/manganese/

https://www.cdc.gov/niosh/topics/manganese/default.html